跑道型線圈設計ansys
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
跑道型線圈設計ansys的實例教程
摘要：平面螺旋型線圈是無線充電系統中的重要部件。利用ANSYS Maxwell軟件對平面螺旋型線圈的電感值進行了仿真分析，在圓柱坐標系中建立了不含隔磁片和含隔磁片的線圈2D和3D模型，仿真結果與實測結果相符合，說明建模方法是正確的。最后研究了線圈匝數對線圈電感值和耦合系數的影響，一方面，對無線充電系統線圈的研究設計提供了有益參考；另一方面，也可作為電磁場與電磁波課程的仿真實驗，成為教學的補充。
關鍵詞：平面螺旋型線圈；電感值；ANSYS Maxwell；隔磁片；耦合系數
電感是基本電路元件之一，在工程中廣泛應用導線繞制的線圈。例如，在電力系統中廣泛應用電抗 器抑制諧波和限制短路電流，電抗器是用導線繞制 成螺線管的形式，稱空心電抗器。在無線充電系統中，線圈是能量傳輸的關鍵部分，為了提高傳輸效率，研究者嘗試使用不同形狀的線圈，如圓形、四邊形和多邊形等。由于線圈的材料、幾何形狀、匝數、尺寸及兩線圈的位置都可能影響耦合系數的大小，進而影響電能傳輸效率，因此需要對諧振線圈進行優化設計，為實物設計和實驗提供設計依據。平面螺旋型線圈較薄且不占體積，在手機、電動汽車等無線充電器中得到了廣泛應用，研究表明平面螺旋型線圈可實現高效電能傳輸。此外，無線充電線圈中大量使用軟磁鐵氧體制成的隔磁片，其材質和形狀對提高無線充電的效率和電磁兼容方面均具有重要作用。
ANSYS Maxwell是一種電磁場有限元分析軟件，它功能強大，具有電場、靜磁場、渦流場、瞬態場分析模塊，是工程設計人員和研究工作者的重要工具。電磁場課程公式多且概念抽象，學生普遍反映難學、難懂、難用。電磁場是一種特殊形式的物質，無法直 接觀察。
展開 Binary2 面型
Zemax LLC 感謝 Optics1 公司的 Robert E.Fischer 先生授權使用其著作《Optical System Design》中的圖表。
在 OpticStudio 中，許多表面除了可以定義折射光焦度以外，還可以定義衍射光焦度。衍射光焦度與材料折射率和表面矢高無關，但可以改變光的相位。有關建立衍射光學表面的詳細信息，見文章“OpticStudio 建模衍射光學表面”。
Binary2 中的衍射光焦度會在光學表面的截面上引入連續的相位變化：
其中系數 Ai 的單位為弧度。
由于相位變化在表面的截面上是連續的，因此 Binary2 面型模擬的是一個理想的二元衍射元件，其二元面的臺階尺寸趨近于無窮小或小于光的波長。
通常來講，Binary2 面型模擬衍射光學元件的環形衍射區 ( Diffraction Zones) 的尺寸與該區域到表面頂點的徑向距離有關，如下圖所示。OpticStudio 可以自動計算每個環形衍射區的徑向坐標使相鄰區域的相位差為 2π。
Binary2 面型在固定徑向坐標處所引入的附加相位與波長無關。與波長相關的光程由下式給出：
下圖布局圖所示為 Binary2 的色差：
Binary2 消色差單透鏡
Binary2 面型經常用來矯正色差。在一個簡單的單透鏡中，長波長光的焦距相比短波長的光更長，如下圖（a）。此時我們可以使用一個旋轉對稱的衍射光學元件，例如 Binary2 面型，如下圖（b），來減小軸向色差，如下圖（c）：
接下來讓我們詳細了解一下該單透鏡的設計過程。如果您并不熟悉如何在OpticStudio 中建立單透鏡，請參考文章“如何設計單透鏡 第一部分：設置”。
展開 I型儲氫罐是一種金屬氣缸，其重量大、儲存壓力低。II型的特點是在金屬襯套外部增加了環箍繞組，與I型相比，重量減輕，壓力增加。III型在金屬襯套周圍完全包裹碳纖維，并進一步加強圓頂部分，減輕重量，從而獲得更大的承壓能力。IV型和III型的區別在于，IV型儲氫罐中使用了塑料襯套，再次降低了成本和重量，其氫氣儲存壓力可高達70MPa。
ANSYS ACP是一款專用的復合材料前后處理工具，在前處理鋪層信息定義和后處理結果查看環節中都有著簡潔高效和人性化的設置操作，但限于儲氫罐的幾何模型復雜、鋪層角度多變、圓頂處不規則加厚等特點，其實體模型的復材纏繞鋪層設置較有難度，本文旨在基于ANSYS Workbench平臺建立等比例、高精度的Ⅳ型儲氫罐復合材料實體模型，并將其與Static Structural聯合使用以分析其在60MPa壓力作用下的變形、應力、應變等信息。其中詳述了ANSYS ACP在復合材料鋪層設計中的操作流程及變角度、變厚度、實體貼合碳纖維鋪層等內容，為Step by Step可復現教程文檔，借助此過程可掌握復雜實體模型的復材鋪層設計技術，另外本文所采用的儲氫罐模型來源于真實Ⅳ型儲氫罐模型，亦可為儲氫罐設計應用提供技術支撐。
付費文件包含完整仿真流程文件一套、所使用的全部幾何文件和軟件逐步操作教程文檔一個。教程文檔十分詳細，共計51頁、7000余字，用戶可根據教程文檔進行學習以及逐步操作實現對Ⅳ型儲氫罐碳纖維復合材料的鋪層設計與仿真。
文檔教程收獲：
掌握ACP變角度、變厚度的復雜形狀實體復合材料纏繞鋪層設計技術。
學會ACP軟件厚度增強、鋪層修剪、沿指定路徑擠出、鋪層貼合實體等技能。
熟練掌握IV型儲氫罐的等比例、高精度復合材料設計建模技術，為儲氫罐設計應用奠定工程技術基礎。
展開 若在設計階段的早期使用EMA3D Cable，便能幫助工程師提高產品性能預測的保真度，降低開發成本，減少對物理原型的需求，并可將測試結果作為最終驗收和認證的依據。
EMA總裁Timothy McDonald博士表示：“EMA3D Cable將幫助工程師有效地評估復雜線束系統設計，為各類交通工具評估保護方案。通過與Ansys合作開發這一強大的新型工作流程，我們雙方的用戶將顯著增強自身的線束兼容性設計，在EMC認證過程中可大幅降低成本和風險。”
Ansys物理業務部高級副總裁Shane Emswiler表示：“OEM廠商設計的新型交通工具越來越輕巧。這類設計中無法使用傳統線束屏蔽配置，往往會形成EMI漏洞。使用EMA3D Cable設計線束將有助于工程師改善安全關鍵型EMI問題，如高強輻射場（HIRF）、雷擊、串擾和電磁脈沖等，提高認證支持水平并節省設計費用。”
展開 第四章 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器的有限元分析
4.3 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器有限元計算
4.3.1模型導入
本文對圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器的結構設計為簡化設計，忽略對結構靜力學分析影響較小的倒角邊緣和其他結構，利用Pro/E軟件建立分析對象的三維模型，并對模型進行結構簡化，模型創建完畢后保存X-T格式副本幾何文件導入ANSYS Workbench中，選擇有限元軟件ANSYS Workbench靜力學分析模塊Static Structural，雙擊后會在Project Schematic出現一個簡化模塊，可以重命名編輯，如圖4-1所示。
圖4-1 ANSYS Workbench靜力學分析模塊
在靜力學模塊中A2單元依據設計采用的材料，在Engineering Data中設置材料屬性，常見材料屬性包括彈性模量、泊松比、密度等，另外也可以設置環境、溫度等其他信息。雙擊A2單元如圖4-2所示。
圖4-2 設置材料參數
設置完成工程數據后，利用ANSYS Workbench和三維設計軟件之間良好的兼容性，右擊A3單元從Geometry中將Pro/E中保存的X-T幾何文件導入ANSYS Workbench中，點擊Generate生成后的模型如圖4-3所示。
圖4-3 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器彈性體三維模型
4.3.2設置材料屬性
圖4-4 彈性體材料屬性定義
圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器彈性體常用材料有合金鋼40Cr，35CrMnSiA，50CrVA，硬鋁LY12及超硬鋁LC4 等，本文選用40Cr，其基本力學性能參數為40Cr：彈性模量，泊松比μ=0.3，密度 。根據上節所設置的材料屬性，將材料屬性分別賦予不同的零件，如圖4-4所示。
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概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中建立衍射光學表面以及如何使用 Binary2（二元面2）模擬衍射光學元件。本文使用的示例文件請聯系工作人員下載。
Binary2 面型
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氫氣因其零排放特性而被認為是能源的終極形式，氫燃料電池汽車也以其零排放的特點成為未來汽車的發展趨勢，用于存儲高壓氫氣的儲氫氣瓶是燃料電池汽車必不可少的關鍵零部件之一。根據儲氫罐的結構，它可以分為四種類型。I型儲氫罐是一種金屬氣缸，其重量大、儲存壓力低。II型的特點是在金屬襯套外部增加了環箍繞組，與I型相比，重量減輕，壓力增加。III型在金屬襯套周圍完全包裹碳纖維，并進一步加強圓頂部分，減輕重量，從而獲得更大的承壓能力
摘要：平面螺旋型線圈是無線充電系統中的重要部件。利用ANSYS Maxwell軟件對平面螺旋型線圈的電感值進行了仿真分析，在圓柱坐標系中建立了不含隔磁片和含隔磁片的線圈2D和3D模型，仿真結果與實測結果相符合，說明建模方法是正確的。最后研究了線圈匝數對線圈電感值和耦合系數的影響，一方面，對無線充電系統線圈的研究設計提供了有益參考；另一方面，也可作為電磁場與電磁波課程的仿真實驗，成為教學的補充。
前沿
仿真解決方案推動飛機與汽車應用中線束模型的快速認證與系統設計評估
Electro Magnetic Applications公司 (EMA)與Ansys開展合作，推出驗證導向型設計工作流程，為飛機與汽車應用中的線束模型認證提供支持
ANSYS和PTC于6月18日在座無虛席的LiveWorx? 18數字變革大會上宣布雙方已展開合作，旨在加速推進產品創新，為客戶提供世界級仿真驅動的設計解決方案。
ANSYS和PTC將合作在PTC的Creo? 3D CAD軟件中提供ANSYS Discovery Live實時仿真功能。雙方合作推出的綜合解決方案將作為Creo產品系列的一部分，并由PTC負責銷售。這款解決方案將為客戶提供統一的建模和仿真環境
第三章 圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器結構設計
3.2圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器三維建模
圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器的三維結構模型如圖3.1所示
圖3.1 Pro/E三維模型
圓盤S型應變片式電阻壓力傳感器結構設計三維建模過程如下：
（1）打開Pro/E三維制圖軟件，打開新建模型對話框，選擇類型為零件，實體模型，對建立的模型重命名后，采用缺省模塊，點擊確定進入軟件編輯視圖區
